java线性并发编程介绍-锁

1 锁的分类

1.1 可重入锁、不可重入锁

Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是可重入锁。
重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁是可以直接拿到的。
不可重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁，无法获取到的，因为A锁被当前线程占用着，需要等待自己释放锁再获取锁。

1.2 乐观锁、悲观锁

Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是悲观锁。
Java中提供的CAS操作，就是乐观锁的一种实现。
悲观锁：获取不到锁资源时，会将当前线程挂起（进入BLOCKED、WAITING），线程挂起会涉及到用户态和内核的太的切换，
而这种切换是比较消耗资源的。
● 用户态：JVM可以自行执行的指令，不需要借助操作系统执行。
● 内核态：JVM不可以自行执行，需要操作系统才可以执行。
乐观锁：获取不到锁资源，可以再次让CPU调度，重新尝试获取锁资源。
Atomic原子性类中，就是基于CAS乐观锁实现的。

1.3 公平锁、非公平锁

Java中提供的synchronized只能是非公平锁。
Java中提供的ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock可以实现公平锁和非公平锁
公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，锁被A持有，同时线程B在排队。直接排到B的后
面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。
非公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，先尝试竞争一波
● 拿到锁资源：开心，插队成功。
● 没有拿到锁资源：依然要排到B的后面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。

1.4 互斥锁、共享锁

Java中提供的synchronized、ReentrantLock是互斥锁。
Java中提供的ReentrantReadWriteLock，有互斥锁也有共享锁。
互斥锁：同一时间点，只会有一个线程持有者当前互斥锁。
共享锁：同一时间点，当前共享锁可以被多个线程同时持有。

2 深入synchronized

2.1 类锁、对象锁

synchronized的使用一般就是同步方法和同步代码块。
synchronized的锁是基于对象实现的。
如果使用同步方法
● static：此时使用的是当前类.class作为锁（类锁）
● 非static：此时使用的是当前对象做为锁（对象锁）

public class MiTest {
public static void main(String[] args) {
// 锁的是，当前Test.class
Test.a();
 Test test = new Test();
// 锁的是new出来的test对象
test.b();
}
}
class Test{
public static synchronized void a(){
System.out.println("1111");
}
public synchronized void b(){
System.out.println("2222");
}
}

2.2 synchronized的优化

在JDK1.5的时候，Doug Lee推出了ReentrantLock，lock的性能远高于synchronized，所以JDK团队就在JDK1.6中，对synchronized做了大量的优化。
锁消除：在synchronized修饰的代码中，如果不存在操作临界资源的情况，会触发锁消除，你即便写了synchronized，他也不会触发。

public synchronized void method(){
// 没有操作临界资源
// 此时这个方法的synchronized你可以认为木有~~
}

锁膨胀：如果在一个循环中，频繁的获取和释放做资源，这样带来的消耗很大，锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免频繁的竞争和获取锁资源带来不必要的消耗。

public void method(){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
synchronized(对象){
}
}
// 这是上面的代码会触发锁膨胀
synchronized(对象){
for(int i = 0;i < 999999;i++){
}
}
}

锁升级：ReentrantLock的实现，是先基于乐观锁的CAS尝试获取锁资源，如果拿不到锁资源，才会挂起线程。synchronized在
JDK1.6之前，完全就是获取不到锁，立即挂起当前线程，所以synchronized性能比较差。
synchronized就在JDK1.6做了锁升级的优化
● 无锁、匿名偏向：当前对象没有作为锁存在。
● 偏向锁：如果当前锁资源，只有一个线程在频繁的获取和释放，那么这个线程过来，只需要判断，当前指向的线程是否是当
前线程 。
● 如果是，直接拿着锁资源走。
● 如果当前线程不是我，基于CAS的方式，尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到，触发锁升级，升级为轻量级
锁。（偏向锁状态出现了锁竞争的情况）
● 轻量级锁：会采用自旋锁的方式去频繁的以CAS的形式获取锁资源（采用的是**自适应自旋锁**）
● 如果成功获取到，拿着锁资源走
● 如果自旋了一定次数，没拿到锁资源，锁升级。
● 重量级锁：就是最传统的synchronized方式，拿不到锁资源，就挂起当前线程。（用户态&内核态）

2.3 synchronized实现原理

synchronized是基于对象实现的。
先要对Java中对象在堆内存的存储有一个了解。
[image]
展开MarkWord
[image]
MarkWord中标记着四种锁的信息：无锁、偏向锁、轻量级锁、

2.4 synchronized的锁升级

为了可以在Java中看到对象头的MarkWord信息，需要导入依赖

<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.9</version>
</dependency>

锁默认情况下，开启了偏向锁延迟。
偏向锁在升级为轻量级锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点（STW），才可以做偏向锁撤销，在明知道有并发情况，就可以选择不开启偏向锁，或者是设置偏向锁延迟开启
因为JVM在启动时，需要加载大量的.class文件到内存中，这个操作会涉及到synchronized的使用，为了避免出现偏向锁撤销操作，JVM启动初期，有一个延迟4s开启偏向锁的操作如果正常开启偏向锁了，那么不会出现无锁状态，对象会直接变为匿名偏向。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5000);
Object o = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
new Thread(() -> {
synchronized (o){
//t1 - 偏向锁
 System.out.println("t1:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}).start();
//main - 偏向锁 - 轻量级锁CAS - 重量级锁
synchronized (o){
System.out.println("main:" + ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
}
}